มีปัญหาทางทฤษฎีในการเปิดพัดลมด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าหรือไม่ [ซ้ำกัน]
คำถามที่ฉันสงสัยเมื่อเร็ว ๆ นี้คือจะเป็นไปได้หรือไม่ที่จะจ่ายพลังงานให้กับพัดลมในเทอร์โบฟานไฮบายพาสที่ทันสมัยด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าและให้ประสิทธิภาพเทียบเท่ากับเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันก๊าด หรือ 10% ของอากาศที่ไหลผ่านห้องเผาไหม้มีความสำคัญต่อการทำงานของระบบหรือไม่?
(ฉันขอละเว้นทุกสิ่งที่ทำให้เครื่องบินไฟฟ้าใช้งานไม่ได้เช่นอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักของเครื่องยนต์และความจุของแบตเตอรี่)
แก้ไข: ฉันได้ตระหนักว่าส่วน "ไฟฟ้า" ของคำถามนั้นไม่ใช่หัวใจหลักของคำถาม สิ่งที่ฉันสนใจจริงๆคือเป็นไปได้หรือไม่ที่จะขับเคลื่อนเครื่องบินโดยใช้พัดลมเท่านั้นไม่ใช่ไอพ่นที่มีสมรรถนะคล้ายกับเครื่องบินเจ็ตในปัจจุบัน (ซึ่งจะทำให้เครื่องยนต์คล้ายกับเทอร์โบที่มีใบมีดจำนวนมากและมีฝาปิดรอบ ๆ มัน)
คำตอบ
เมื่อคำนึงถึงความปรารถนาของคุณที่จะเพิกเฉยต่อทุกสิ่งที่ทำให้เครื่องบินไฟฟ้าใช้งานไม่ได้เช่นอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักของเครื่องยนต์และความจุของแบตเตอรี่คำตอบคือใช่
อย่างไรก็ตามคุณจะต้องชดเชยแรงขับของเครื่องยนต์เจ็ทที่ขาดหายไปโดยการเพิ่มแรงขับของพัดลม
มิฉะนั้นคำตอบคือไม่
"ใช้พัดลมอย่างเดียวไม่ใช่ไอพ่น" ไม่สมเหตุสมผล
เนื่องจากไอพ่นดูดจ่ายกำลังพัดลม นั่นคือสิ่งที่เทอร์โบใน " พัดลมไฮบายพาสเทอร์โบ " หมายถึง: หัวฉีดไอเสียจะหมุนใบพัดกังหันที่ติดอยู่กับเพลากลางซึ่งจะทำให้ใบพัดกังหันหมุนไปทางด้านหน้าของเครื่องยนต์ ใบพัดกังหันด้านหน้าเหล่านั้นจะอัดอากาศเข้าไปในห้องเผาไหม้
บางสิ่งบางอย่างต้องใช้พลังงานพัดลม หากคุณไม่ "ขโมย" ก๊าซแรงผลักไปทำสิ่งนั้นแหล่งพลังงานอื่น ๆต้องใช้เวลาหลายชั่วโมงต่อชั่วโมง ดังนั้นในบางแห่งที่มีข้อกำหนดด้านปริมาตรและน้ำหนักที่ จำกัด ของเครื่องบินคุณต้องคำนึงถึงแหล่งพลังงานและมอเตอร์ด้วย
บรรทัดล่าง:
การขโมยแก๊สชนิดแรงขับเป็นวิธีการหมุนพัดลมที่กะทัดรัดและประหยัดที่สุด
จะเป็นไปได้ไหมที่จะจ่ายพลังงานให้กับพัดลมในเทอร์โบบายพาสไฮบายพาสที่ทันสมัยด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า?
ใช่ แต่มันคงไม่ใช่วิธีที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นแรงขับ วิธีที่ดีกว่าคือติดใบพัดขนาดใหญ่ที่หมุนช้าๆเข้ากับเครื่องยนต์นั้น เนื่องจากเครื่องบินไฟฟ้ามีอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักต่ำเมื่อช่วงของมันใช้งานได้จริงควรใช้พลังงานที่มีอยู่อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด เครื่องยนต์เจ็ทเข้ามาในตัวเองที่ความเร็วในการบินสูงกว่า Mach 0.7 เมื่อใบพัดพบปัญหาการบีบอัดที่ไม่สามารถผ่านได้
และได้สมรรถนะเทียบเท่าเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันก๊าดหรือไม่
ไม่มากเนื่องจากการรวมกันของพัดลมและมอเตอร์มีแนวโน้มที่จะหนักกว่าเครื่องยนต์เจ็ท มอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กสามารถรับน้ำหนักได้เพียง 0.1 กก. / กิโลวัตต์ แต่มอเตอร์ขนาดใหญ่พยายามที่จะไปให้ถึงครึ่งหนึ่ง ซีเมนส์แสดงให้เห็นเครื่องยนต์ขนาด GA 5 กิโลวัตต์ / กก. และการปรับขนาดให้สูงถึงระดับกำลังของสายการบินน่าจะส่งผลให้ไม่เกิน 2-3 กิโลวัตต์ / กก. แม้จะมีประสิทธิภาพ 95% พลังงาน 5% จะเปลี่ยนเป็นความร้อนซึ่งสร้างปัญหาในการระบายความร้อนให้กับมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดใหญ่
10% ของอากาศที่ไหลผ่านห้องเผาไหม้มีความสำคัญต่อการทำงานของระบบหรือไม่?
ใช่แล้ว. การผสมกับเชื้อเพลิงที่มีพลังงานจำเพาะสูงและการเผาไหม้ทำให้เกิดพลังงานกลในการขับเคลื่อนพัดลม ความเร็วในการออกที่สูงขึ้นมากที่หัวฉีดยังช่วยให้ 10% เหล่านี้มีแรงขับที่สูงขึ้นอย่างไม่เป็นสัดส่วน
ฉันเชื่อว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นจริง โปรดดูวิดีโอนี้และตัดสินใจว่าตรงตามการตั้งค่าคำถามเชิงทฤษฎีของคุณหรือไม่:
เครื่องบินสาธิตแบบกำหนดเองของแอร์บัสลำนี้บินจากอังกฤษไปยังฝรั่งเศสโดยใช้เครื่องยนต์พัดลมแบบท่อไฟฟ้าที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่สองเครื่องซึ่งอาจถือได้ว่าคล้ายหรือเหมือนกับเครื่องยนต์ turbofan high-bypass ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า (แน่นอนว่า 100%)
เวลา 20:55 น. นักบินจะหยุดพัดลมก่อนขึ้นรันเวย์และคุณจะเห็นได้จากด้านหน้าว่ามีใบพัดลมและแกนกลางขนาดเล็กอยู่ภายในปลอกคอ เวลา 21:05 น. มีลักษณะที่ดีจากด้านหลังตรงเหมือนกัน
เวลาเครื่องขึ้นคือเวลา 24:30 น. และประสิทธิภาพอาจตรงหรือไม่ตรงกับคำจำกัดความของคุณที่ว่า "เทียบได้กับเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันก๊าด" แต่นี่คือความจริงไม่ใช่ทฤษฎีดังนั้นพวกเขาจึงต้องพิจารณาข้อ จำกัด ของแบตเตอรี่และมอเตอร์